KURZFASSUNG der Diplomarbeit

Berechnung eines elektrostatischen Spektrometers für Ionenrückstreumessungen

von Helmut J. Böhm

erstellt am
Institut für Physik, Johannes Kepler Universität Linz, 1979


Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Berechnung einer möglichst günstigen Konfiguration für ein elektrostatisches Spektrometer für Ionenrückstreumessungen, das unter Verwendeung eines ortsempfindlichen Detektors einen Energiebereich von 4% um eine mittlere Energie E0<800 keV abdeckt.

Dazu wird zuerst auf die theoretischen Grudnlagen von Rückstreuverfahren eingegangen, wobei besondere Betonung auf den Einfluß von Energiestragglingeffekten auf die Genauigkeit solcher Messungen gelegt wird. Es folt ein Vergleich verschiedener Torusgeometrien für ein als elektrostatisches Prisma ausgelegtes Spektrometer. Dabei stellt sich heraus, daß im angegenben Fall ein Zylinderspektrometer die beste Lösung darstellt; die genauere Berechnung seiner ionenoptischen Eigenschaften und Dimensionen wird schließlich mit Hilfe Finiter Differenzen und eines Runge-Kutta-Verfahrens durchgeführt.

Dabei ergab sich für ein Zylinderspektrometer mit den Plattenradien ρ1=0.80 m und ρ2=0.8611 m und der in der Arbeit agegebenen Randfeldblendenkonfiguration bei einem Strahlumlenkwinkel von φ=100o eine Energieauflösung von ΔE/E0=3.8x10-4, wenn man als Gegenstand die Auftreffläche eines Ionenstrahls von 1 mm Durchmesser verwendet; die Energieauflösungsfunktion des Spektrometers bleibt dabei über das untersuchte Energieintervall nahezu unverändert. Bei einer Projektilenergie E0=600 keV werden dazu Plattenspannungen +-V1=44.177 kV benötigt.

Die Überlegungen über die Anwendungsmöglichkeiten eines solchen Geräts ergaben, daß insbesondere bei der Untersuchung der ersten Atomlagen einer Oberfläche bis zu Tiefen von ca. 0.01 μm eine signifikante Verbesserung der Tiefen- und Massenauflösung gegenüber den üblichen Meßanordnungen zu erwarten ist und daß an der Oberfläche selbst Isotope mit ΔA=1 bis zu einer Massenzahl von A=100 unterschieden werden können.


revised 030410 (hjb)